DE2500977B2

DE2500977B2 - Elektrodenplatte für Akkumulatoren, insbesondere für Bleiakkumulatoren

Info

Publication number: DE2500977B2
Application number: DE2500977A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl.-Ing. Dr. 5800 Hagen Brinkmann
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: Brinkmann Juergen Dipl-Ing Dr 5820 Gevelsber
Priority date: 1975-01-11
Filing date: 1975-01-11
Publication date: 1980-01-31
Also published as: FR2297499A1; SE418238B; DE2500977C3; IT1043651B; FR2297499B1; DE2500977A1; GB1487300A; SE7512355L

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrodenplatte für Akkumulatoren, insbesondere für Bleiakkumulatoren, mit einem Stromableiter, bei welchem der Anteil an Leitmaterial im Bereich der Plattenfahne und/oder in Hauptstromrichtung vom Fußpunkt der Platte zur Plattenfahne größer ist als im unteren Bereich der Elektrodenplatte und/oder der zur Hauptstromrichtung senkrechten Richtung.

In Bleiakkumulatoren werden als Träger der aktiven Masse insbesondere Gitter- und Röhrchenplatten verwendet. Gitterplatten, bei denen sowohl der Rahmen als auch das Gitter aus Blei sind, besitzen ein hohes Gewicht. Um an Bleigewicht zu sparen und hohe Lebensdauer zu erreichen, werden oft sogenannte Röhrchenplatten verwendet, welche lediglich Bleiseelen in der Röhrchenmitte und Abschlußstege aus Blei oder Kunststoff besitzen. Die elektrochemisch aktive Masse wird bei diesen Plattenausführungen von geschlitzten Hartgummiröhrchen oder Geweberöhrchen bzw. Gewebetaschen gehalten.

Weiterhin sind Akkumulatorenplatten bekannt, welche ein Stromableitungssystem besitzen, das beidseitig mit einem Kunststoffrahmen versehen ist, welcher Kanäle zur Aufnahme der aktiven Masse bildet und dessen Oberflächen mit elektrolytdurchlässigem porösen Material versehen sind (DE-OS 23 05 309), Der Stromableiter bei diesen Kastenplatten ist ein Bleigitter aus parallel verlaufenden Bleistäben. Der Vorteil solcher Kastenplatten liegt insbesondere in ihrem

geringem Gewicht, da der schwere Bleirahmen entfällt Infolge geringer Masseabschlammung auch bei hoher Leitungsabgabe besitzen diese Platten eine hohe Lebensdauer. Durch die Kunststoffstreifen bzw. Kunststoffquerverbindungen werden bei dieser bekannten

ίο Platte Kanäle gebildet, in deren Mitte sich die Bleiseelen, die von der aktiven Masse umgeben sind, befinden. Der elektrische Innenwiderstand der Elektrodenplatten wird wesentlich durch den Stromweg, den die Ladungsträger innerhalb der Platte zurückzulegen

!5 haben, bestimmt Diese Stromwege sind abhängig von der Form der Kanalausführungen. Rechteckige, breite Kanalquerschnitte und lange Kanäle ergeben unvorteilhaftere Stromwege als quadratische Kanalquerschnitte kurzer Länge.

Durch die unterschiedliche Heranziehung der Massepartikelchen bei unterschiedlichen Entladeverhältnissen sowie die unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit, insbesondere der positiven aktiven Masse, werden die maximalen Widerstände noch vergrößert Bei Stark-Stromentladungen werden in der Hauptsache nur die Kanaloberflächen, kalottenartig in die Tiefe des Kanals gehend, beansprucht, während bei Entladungen mit kleineren Stromraien auch die tiefer liegenden Masseschichten breitflächig herangezogen werden. Die somit stark unterschiedlichen Widerstände bedingen wiederum partielle Elektrolytverarmungen und demzufolge inhomogene EntladefläcVien, bezogen auf die Gesamtarbeitsfläche der Platte '..nd unterschiedliche Erwärmung sowie partielle Überhitzung und Masseabschlammung, die die Lebensdauer derartiger Platten beeinträchtigen.

Es ist auch bekannt (DE-PS 7 41 634) bei einer Gitterelektrodenplatte die Größe der Massefelder mit

der Entfernung von der stromableitenden Fahne bei gleichbleibendem Leiterquerschnitt zunehmen zu las-

λο sen. Bei einer solchen Anordnung ergibt sich ein wachsender Widerstand des Stromflusses in Richtung auf die Plattenfahne und eine wachsende Heranziehung der Masseteilchen zur Entladung mit zunehmender Einengung der Massefelder.

Aus der GB-PS 7 12 561 ist eine Gitterkonstruktion bekannt, welche ein Netzwerk darstellt dessen Maschen aus radial von der Plattenfahne weglaufenden Längsstegen und kreisförmig mit zunehmendem Radius um die Fahne herumlaufenden Querstegen gebildet wird.

Aus der DE-AS 19 59 949 ist ein gefächerter Stromableiter mit einer Vielzahl von Stromleiterrippen zu entnehmen, die von einem gemeinsamen Verzwei-3ungspunkt ausgehen und die mit einem nichtleitenden Masseträger von gitterartiger Struktur verbunden sind.

Die US-PS 25 03 970 zeigt eine Elektrode, welche eine Bleiplatte ist, in deren Ausnehmungen die aktive Masse angeordnet ist. Die Größe der Ausnehmungen ist so gewählt, daß der jeweils verbleibende leitende Querschnitt zur Plattenfahne hin größer wird. Der Stromableiter dient damit einerseits dem Stromtransport und andererseits gleichzeitig der Halterung der aktiven Masse.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrodenplatte der eingangs genannten Art anzugeben, bei welcher die Halterung der aktiven Masse nicht durch das Stromableitungssystem erfolgt, so daß das Stromableitungssystem so ausgelegt werden kann, daß es den elektrischen Anforderungen angepaßt ist.

Darüber hinaus soll die Elektrodenplatte leicht in einem kontinuierlichen Fertigungsverfahren herstellbar sein. Die Platte soll eine hohe Lebensdauer besitzen und eine hohe Stromausbeute bei geringem elektrischem Innenwiderstand ermöglichen,

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei der eingangs genannten Elektrodenplatte dadurch gelöst, daß der Stromableiter ein mit Ausnehmungen versehenes Metallblech ist, welches beidseitig mit einem Kunststoffrahmen versehen ist, der Kanäle zur Aufnahme der aktiven Masse bildet und dessen Oberflächen durch elektrolytdurchlässiges poröses Material abgedeckt sind.

Die Platte besteht insbesondere aus Bleiblech, prinzipiell kann jedoch auch verbleites Kupfer- oder Aluminiumblech verwendet werden.

Das Plattengitter dient zur Stromleitung und die aktive Masse wird breitflächig und gleichmäßig kontaktiert Um diese Platten herum ist ein Kunststoffrahmen gespritzt, dessen Längsstreifen und Querverbin- >o düngen Kanäle zur Aufnahme der aktiven Masse bilden. Durch die durchgehenden Ausnehmungen, in denen sich ebenfalls aktive Masse befindet, die an dem elektrochemischen Arbeitsprozeß in der Platte teilnimmt und zusätzliche Kapazität ergibt, sind die beidseitig in den Kanälen angeordneten aktiven Massen miteinander verbunden. Auch die beidseitig der Platte aufgebrachten Kunststoffstege greifen durch die Ausnehmungen der Platte hindurch und es ergibt sich somit ein mechanisch fester Zusammenhalt mit dem zentral liegenden Stromableiter.

Die hohe mechanische Festigkeit solcher Kastenplatten ist besonders wichtig bei der automatischen Stapelung derselben zu Plattensätzen für eine Akkumulatorzelle unter Zwischenlegung geeigneter Abstandshalter und/oder Separatoren. Die Platte ist beidseitig mit einer Armierung versehen, die beispielsweise aus einem Vlies, das auf dem Plattenrahmen aus Kunststoff und/oder auf die Kunststoffstege aufgebracht ist, besteht Neben feinporigen Glasvliesen, Glasgeweben und Glasgelegen sind auch Kunststoffvliese, Kunststoffgewebe und Kunststoffgelege hoher Porosität bzw. hochporöses Material, welches unter der Einwirkung des Elektrolyten und des nascierenden Sauerstoffs resistent bleibt, geeignet. Das beschriebene Armierungsmittel kann beidseitig mit dem Kunststoffrahmen bündig abschließend oder vertieft im Rahmen liegend aufgebracht werden. Die vertiefte Anbringung der Armierung wird besonders beim automatischen, maschinellen Einbau bevorzugt, da andernfalls die Armierungen beschädigt werde» können. Die Aufbringung der Armierung selbst kann auf bekannte technologische Weise durch Kleben, Schweißen, Spiegelschweißen und Ultraschallschweißen erfolgen.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der F i g. 1 bis 4 näher erläutert.

Gemäß F i g. 1 besteht die Platte aus dem Stromableitungssystem 1, welches auf seiner gesamten Fläche mit von Gitterseite zu Gitterseite durchgehenden Ausnehmungen 2 versehen ist. Um den Stromableiter 1 ist ein Kunststoffrahmen 6 gespritzt der senkrechte Kunststoffstreifen 5 und Kunststoffquerverbindungen 4 besitzt, die teilweise oder ganz durch die Perforationslöcher 2 des plattenförmigen Stromableiters 1 greifen.

Es gibt sich somit eine in sich stabile Plattenverbundkonstruktion, deren Festigkeit durch die Armierungsvliese 3 auf dem allseitig die Platte umschließenden Abdeckungsrahmen 6 jnd auf den Kunststoffstreifen 4 und 5 erhöht wird. Die stabile Plattenverbundkonstruktion ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf den automatischen Einbau, da hierbei höhere mechanische Materialbeanspruchungen auftreten als bei manuellem Einbau.

Gemäß F i g, 1 ist der plattenförmige Stromableiter 1 mit kreisförmigen Ausnehmungen 2 gleichen Durchmessers versehen. Die Löcher liegen auf gleichen waagerechten und senkrechten Mittellinien, jedoch ist der Seitenabschnitt der Löcher größer als ihr Höhenabstand. Dadurch ergeben sich in Richtung auf die Plattenfahne zu breitere, parallel zueinander liegende Stegstreifen als die ebenfalls zueinander parallel liegenden waagerechten Stegstreifen.

Damit ist das Leitmaterial in der Hauptstromrichtung, nämlich auf die Plattenfahne zu, vermehrt, d.h. der Widerstand des Stromflusses in Richtung auf die Plattenfahne wird verringert Falls die Breite der waagerechten, aber parallel zueinander liegenden Stegstreiien unterschiedlich gewählte wird, kann der Widerstand quer zur Hauptstronr j.htung ebenfalls in Richtung einer Vergieichsmäßigung Her Stromdichte beeinflußt werden.

Gemäß F i g. 2 besitzt der plattenförmige Stromableiter 1 kreisförmige Perforationen 2, die vom Plattenfuß in Richtung auf die Plattenfahne 7 zu in ihrem Durchmesser stetig geringer werden. Die kreisförmigen Ausnehmungen sind dabei so angebracht, daß deren Randabstand ständig gleich bleibt und somit gleichbreite, zueinander parallel liegende waagerechte Stegstreifen entstehen. Der Stromweg vom Plattenfuß in Richtung auf die Plattenfahne zu, also in der Hauptstromrichtung wird stetig breiter, folglich nimmt auch der elektrische Widerstand pro Flächeneinheit in Richtung auf die Plattenfahne zu stetig ab. Die Stromdichte in den senkrechten Stegen ist daher angenähert konstant und der Spannungsabfall wird stark verringert. Die Zahl der gleichbreiten, parallelen, waagerechten Stegstreifen in den obere.1 Kanälen ist größer als in den darunterliegenden. Das bedeutet, daß oben mehr waagerechte Stromwege zur Verfügung st „hen.

Das gleiche Ziel kann dadurch erreicht werden, daß die perforierte Bleiplatte nicht mehr mit ebenen, parallel zueinander liegenden Flächen, d. h. gleichdick am Plattenkopf und am Plattenfuß, ausgeführt ist, sondern vom Plattenfuß an keilförmig nach oben breiter werdend gestaltet ist. Läuft diese Keilform am Kopf der Plattenfahne 7 aus, so ist eine Konizität von 1 :300 bis 1 :700 zweckmäßig. Es ist auch möglich, die keilförmige Verdickung erste etwas in der Hälfte der Platte vorzunehmen, dann kann eine Konizität unter 1 :300 gewählt werden, bevorzugte Konizitäten lieben Dei etw" 1 :100 bis 1 :200. Durch die Anordnung und Größe der kreisförmigen Ausnehmungen und durch die Wahl der Bleiphttendicke können die elektrischen Verhältnisse optimal abgestimmt werden.

In den F i g 3 und 4 sind als Ausnehmungen 2 Langlöcher dargestellt. Die Länglöcher der Kastenplatte gemäß Fig.3 streben in Richtung auf die Plattenfahne 7 zu, wobei ihre Mittellinien zum Ansatzpunkt der Plattenfahne hin geneigt sind, diese jedoch nicht treffen. Auch damit wird der Anteil an Leitmaterial im Bereich der Plattenfahne erhöht bzw. nimmt in Richtung von Plattenfuß zu Plattenfahne zu. Die waagerechten d'tege des Stromableiters, die parallel zueinander liegen, sind infolge der gleichen Länge der Langlöcher und deren regelmäßigen Abständen gleich

breit, d. h. der Weg und damit der elektrische Widerstand quer zur Hauptstromrichtung ist gleich.

in Fig.4 streben die Mittellinien der angebrachten Langlöcher 2 geradlinig auf den Fußpunkt der Plattenfahne zu. Die Langlöcher können auch statt ihrer parallelen Seitenwände, wie in Fig.3 gezeigt, so gewählt werden, daß die Seitenwände, wie in Fig.4 dargestellt ist, geradlinig spitzwinklig verlaufen. Bei der spitzwinkeligen Ausführung der Langlöcher ergeben sich besonders ausgeprägte Richtungen der stromführenden Teile. Die Querstromwege sind nicht mehr geradlinig im Vergleich zum Hauptstromweg, sondern bogenförmig und liegen zueinander konzentrisch, wie in F i g. 4 dargestellt ist. Konstruktiv ist es also möglich, mit Hilfe dieser Anordnung unterschiedlich spitzwinkeliger Langlöcher und deren Richtungsgebung auf den Fußpunkt der Plattenfahne zu, die Stromlinien so zu dimensionieren, daß die Querströme sich mehr der HaiinKlmmrirhliintr angleichen und somit eine gleichmäßige Stromdichte und geringer Spannungsabfall erreicht wird.

Die Kastenplatte ist mit einem Kunststoffrahmen versehen. Die Rahmenteile 6 können nicht nur am Fußteil und an den Seitenteilen der Platten hochgezogen sein, sondern auch Teile der Plattenfahne 7 abdecken, so daß Korrosionserscheinungen weitgehend unterbrunden werden.

Der Kunststoffrahmen kann erfindungsgemäß eingc färbt sein. Man wird beispielsweise für positive Kastenplatten eine rote Einfärbung wählen und für negative Kastenplatten eine farbkonträre Kennzeichnung, beispielsweise blau. Färbt man die Rahmen von Abstandshaltern und die Rahmen von Separatoren entsprechend farbkonträr, so ist leicht bei der Fertigungskontrolle, sowohl bei der manuellen Herstellung als auch bei der automatischen Fertigung einer

π Akkumulatorzelle, durch die Farbkennzeichnung die Überwachung des richtigen F.inbaus möglich. Auch bei eventuellen Reparaturen kann durch die Farbgebung sogleich festgestellt werden, um welchen Zellentyp es sich handelt, ob alternierender F.inbau vorliegt oder Doppelplatten mit und ohne Abstandshalter oder Separatoren verwendet wurden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Elektrodenplatte für Akkumulatoren, insbesondere für Bleiakkumulatoren, mit einem Stromableiter, bei welchem der Anteil an Leitmaterial im Bereich der Plattenfahne und/oder in Hauptstromrichtung vom Fußpunkt zur Plattenfahne größer ist als im unteren Bereich der Elektrodenplatte und/oder der zur Hauptstromrichtung senkrechten Richtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromableiter (1) ein mit Ausnehmungen (2) versehenes Metallblech ist, welches beidseitig mit einem Kunststoffrahmen versehen ist, der Kanäle zur Aufnahme der aktiven Masse bildet und dessen Oberflächen durch elektrolytdurchlässiges poröses Material abgcckt wird.

2. Elektrodenplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (2) des Stromableiters (1) Kreise gleichen Durchmessers sind, deren Mitten nebeneinander und übereinander in gleiches Abständen und auf gleichen Mittellinien angeordnet sind, wobei der senkrechte Mittenabstand von Loch zu Loch kleiner ist als der waagerechte.

3. Elektrodenplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (2) Langlöcher mit zwei parallelen Längsseiten sind, die zur Plattenfahne (7) hin schmaler sind und auf zur Plattenfahne (7) gerichteten Mittellinien angeordnet sind.

4. Elektrodenplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Plattenfahne (7) hinweisenden Ausnehmunj—n (2) spitz zulaufende Langlöcher sind.

5. Elektrodenplatte nach e'uv-rn oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der perforierte Stromableiter (1) vom Plattenfluß an keilförmig zu Plattenfahne (7) hin breiter gestaltet ist